[发明专利]用于确定半导体器件中的目标结构的形貌参数的方法和设备

说明书

为了自动、准确地测量半导体器件及其各组成部分的尺寸，本公开提供用于确定半导体器件中的目标结构的相貌参数的方法和设备。其中半导体器件的形貌参数指与半导体器件形貌相关的结构的任意尺寸，包括器件关键尺寸、组成该器件的各部分结构的尺寸、以及相关角度等。用于确定半导体器件中的目标结构的形貌参数的方法包括提供包括与目标结构对应的参考结构的参考图像。该方法还包括基于参考结构的轮廓和包括目标结构的图像，确定目标结构的轮廓。此外，该方法包括基于目标结构的轮廓，确定目标结构的形貌参数。本公开还提供用于确定半导体器件中的目标结构的形貌参数的设备。实施例能够准确地实现对半导体器件的形貌参数的批量测量。

技术领域

本公开的实施例总体涉及尺寸测量领域，具体涉及用于确定半导体器件中的目标结构的形貌参数的方法和设备。

背景技术

半导体器件的形貌参数的测量，包括器件的关键尺寸、器件总高以及器件各组成部分的尺寸的测量，在半导体制造工艺中有着举足轻重的地位。通过批量测量半导体器件的形貌参数，尤其是关键尺寸，可以统计生产产品的合格率，并且评估半导体器件生产线的工作稳定性。随着半导体技术的不断发展与革新，半导体器件的尺寸变得越来越小，结构变得越来越复杂，诸如鳍式场效应晶体管(FinFET)、Spacer结构和张力硅晶。这为半导体器件形貌参数的测量带来巨大的挑战。

目前，人工测量是在世界范围内广泛使用的半导体器件形貌参数测量方式，其主要是通过高精度的成像设备对半导体器件成像，高精度的成像设备包括但不限于扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)，透射电子显微镜(transmission electronmicroscopy，TEM)，扫描透射电子显微镜(scanning transmission electron microscopy，STEM)及聚焦电子束(focused ion beam，FIB)；再借助于与成像设备配套的软件在半导体器件的图像中的目标结构处画线，通过统计线段上的像素数来计算该目标结构的尺寸的物理长度(目标结构尺寸＝像素数×像素尺寸)。

然而人工测量在测量时间和结果重复性上有很大的局限性。对于一个有经验的测量者，测量一个结构较复杂的透射电子显微镜图像平均需要15分钟。人工测量的结果与测量人员的工作经验、工作时长、个人偏好等主观因素有关。因而不同测量者对同一图像的测量会给出不同的结果；即使是同一测量者对同一图像的多次测量也会有所差异。考虑到人工测量的时间成本大且可重复性差，高效准确的半导体器件形貌参数自动测量设备和方法是目前半导体检测行业所急需的。

发明内容

本公开的目的之一即在于克服或者缓解现有技术中所存在的一个或多个技术问题。为了自动、准确地测量半导体器件的形貌参数，本公开的实施例提供了用于确定半导体器件中的目标结构的形貌参数的方法和设备。

根据本公开的第一方面，提供了用于确定半导体器件中的目标结构的形貌参数的方法。该方法包括提供包括与目标结构对应的参考结构的参考图像。该方法还包括基于参考结构的轮廓和包括目标结构的图像，确定目标结构的轮廓。此外，该方法包括基于目标结构的轮廓，确定目标结构的形貌参数。目标结构的形貌参数是指与目标结构的形貌相关联的任意尺寸，例如半导体器件的目标结构的关键尺寸、总高、总宽、层高、层宽和相关角度(诸如侧壁角)等。

根据本公开的第一方面的实施例，提供包括与目标结构对应的参考结构的参考图像包括：在包括参考结构的图像中获得参考结构的参考轮廓；根据参考轮廓的法线方向上的灰度分布，获得参考结构的轮廓；以及基于参考结构的轮廓从包括参考结构的图像获得参考图像，其中在参考图像中，参考结构的轮廓外部的灰度值为0。

根据本公开的第一方面的实施例，基于参考结构的轮廓和包括目标结构的图像，确定目标结构的轮廓包括：将包括目标结构的图像与参考图像配准；以及通过分析包括目标结构的图像的在参考结构的轮廓的法线方向上的灰度分布，确定目标结构的轮廓。